KR102283352B1 - Apparatus and method of manufacturing membrane electrode assembly for fuel cell using roll-to-roll - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a roll-to-roll apparatus for manufacturing a membrane electrode assembly used for a fuel cell and a method for the same. In the present invention, a membrane electrode assembly for a fuel cell can be continuously produced using a roll-to-roll process, so that not only productivity is improved, but also an electrode layer is copied on a surface of an electrolyte membrane at an accurate position in a designed pattern, thereby preventing product defects caused by bad copy positions.

Description

연료전지용 막 전극접합체 롤투롤 제조장치 및 방법{Apparatus and method of manufacturing membrane electrode assembly for fuel cell using roll-to-roll} Apparatus and method of manufacturing membrane electrode assembly for fuel cell using roll-to-roll

본 발명은 연료전지에 사용되는 막 전극접합체를 제조하는 롤투롤 장치와 그 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a roll-to-roll apparatus and method for manufacturing a membrane electrode assembly used in a fuel cell.

전 세계적으로 석유와 같은 화석연료 사용에 따른 환경 및 에너지 문제가 이슈가 됨에 따라 최근 환경 친화적인 에너지를 이용하는 기술이 주목을 받고 있는데, 연료전지도 그 중 하나이다.As environmental and energy problems due to the use of fossil fuels such as petroleum become an issue around the world, technologies using environmentally friendly energy have recently attracted attention, and a fuel cell is one of them.

연료전지는 연료의 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전지로, 수소가스에 의한 화학반응으로 전기에너지를 생산한다. 연료전지에서 화학반응이 일어나는 핵심구성인 막 전극접합체(Membrane Electrode Assembly)는 수소 양이온 전도체인 고분자 전해질 막의 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있는 전극층인 애노드(Anode)와 캐소드(Cathode)가 각각 형성되어 있다. A fuel cell is a cell that directly converts chemical energy generated by oxidation of fuel into electrical energy, and produces electrical energy through a chemical reaction with hydrogen gas. Membrane Electrode Assembly, a key component in which chemical reactions occur in fuel cells, is formed with an anode and a cathode, which are electrode layers that can react with hydrogen and oxygen, on both sides of a polymer electrolyte membrane, which is a hydrogen cation conductor. has been

연료전지는 산화극인 애노드(Anode)에 공급된 수소가 수소 이온과 전자로 분리된 후, 수소 이온이 고분자 전해질 막을 통해 환원극인 캐소드쪽으로 이동하고, 전자는 외부 회로를 통해 캐소드로 이동하게 되는데, 이와 같이 캐소드에서 산소 분자, 수소 이온 및 전자가 함께 반응하여 전기가 생성된다. In a fuel cell, after hydrogen supplied to the anode, which is the oxidation electrode, is separated into hydrogen ions and electrons, the hydrogen ions move toward the cathode, the reducing electrode, through the polymer electrolyte membrane, and the electrons move to the cathode through an external circuit. Similarly, at the cathode, oxygen molecules, hydrogen ions, and electrons react together to generate electricity.

이와 같은 막 전극접합체를 생산하는 방법으로, 전해질 막의 양면에 전극층을 열과 압력으로 전사하는 데칼(decal) 방식이 사용되고 있는데, 대한민국 특허등록 제10-0659133호에는 전해질 막을 개재하여 표면에 전극층이 형성된 전극시트를 적층시켜 평판 핫 프레스 공정으로 전해질 막의 양면에 전극층을 전사하는 기술이 개시되어 있다. As a method of producing such a membrane electrode assembly, a decal method is used in which an electrode layer is transferred with heat and pressure on both sides of an electrolyte membrane. A technique for transferring an electrode layer to both sides of an electrolyte membrane by laminating sheets and using a flat plate hot press process is disclosed.

이와 같은 평판 핫 프레스 방식은 전극층과 전해질 막의 계면 접합력이 우수한 장점은 있으나, 하나의 막 전극접합체의 제조를 위하여 전극층과 전해질 막을 개별로 프레스 함에 따라 공정 속도가 저하됨에 따라 생산성이 좋지 못하다. Such a flat plate hot press method has the advantage of excellent interfacial bonding strength between the electrode layer and the electrolyte membrane, but productivity is not good as the process speed is lowered as the electrode layer and the electrolyte membrane are individually pressed for the manufacture of one membrane electrode assembly.

다른 방식으로, 대한민국 공개특허 제10-2018-0126670호에 한 쌍의 열 전사롤러를 이용하여 전해질 막과 전극시트를 가압하여 막 전극접합체를 제조하는 롤 프레스 방식의 제조장치가 개시되어 있다. 이와 같은 특허기술은 회전하는 한 쌍의 롤이 연속적으로 전해질 막과 전극시트를 열 가압할 수 있어 생산성이 우수하다. As another method, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2018-0126670 discloses a roll press manufacturing apparatus for manufacturing a membrane electrode assembly by pressing an electrolyte membrane and an electrode sheet using a pair of thermal transfer rollers. This patented technology has excellent productivity because a pair of rotating rolls can continuously pressurize the electrolyte membrane and the electrode sheet.

그런데, 막 전극접합체가 우수한 효율로 전기를 생산하기 위해서는, 전해질 막 상에 설계된 패턴대로 전극층이 전사되어야 한다. 하지만, 전해질 막은 두께가 수십 ㎛에 불과한 얇고 수지재질의 연질 막으로, 이송 시 늘어나거나 표면이 주름져 굴곡이 발생하면 정확한 위치에 전극층이 전사되지 않는다. However, in order for the membrane electrode assembly to produce electricity with excellent efficiency, the electrode layer must be transferred according to a designed pattern on the electrolyte membrane. However, the electrolyte membrane is a thin, resin-made, soft membrane with a thickness of only several tens of μm, and when it is stretched or curved during transport, the electrode layer is not transferred to the correct position .

게다가, 한 쌍의 전극시트도 이송과정에서 전해질 막의 양면에 서로 어긋나게 적층되어 열 전사되는 경우도 많아, 전술한 특허기술로는 설계된 패턴대로 전극층을 전사하기 어려워 우수한 품질의 막 전극접합체를 제조하는데 한계가 있다.In addition, many cases that are each shifted by stacking the electrolyte membrane-sided thermal transfer from a feed process, the electrode sheet of the pair, the manufacture of a membrane electrode assembly in a War is difficult to transfer the electrode layer as designed pattern in the patent excellent aforementioned quality There are limits.

대한민국 특허등록 제10-0659133호 (발명의 명칭: 촉매 코팅 전해질막, 이를 포함하는 연료전지 및 상기 촉매코팅 전해질막의 제조방법)Korean Patent Registration No. 10-0659133 (Title of the Invention: Catalyst Coated Electrolyte Membrane, Fuel Cell Containing Same, and Method for Manufacturing the Catalyst Coated Electrolyte Membrane) 대한민국 공개특허 제10-2018-0126670호 (발명의 명칭: 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치 및 방법)Korean Patent Laid-Open Patent No. 10-2018-0126670 (Title of the invention: Apparatus and method for manufacturing membrane-electrode assembly for fuel cell)

본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하고자 창안된 것으로서, 본 발명은 연료전지용 막 전극조립체를 연속적으로 생산하면서도 전해질 막 표면에 설계된 패턴대로 정확한 위치에 전극층을 전사시킬 수 있는 연료전지용 막 전극접합체의 제조장치와 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been devised to solve the above-described technical problem, and the present invention is capable of transferring an electrode layer to an exact position according to a pattern designed on the surface of an electrolyte membrane while continuously producing a membrane electrode assembly for a fuel cell. The object is to provide an apparatus and a method.

이와 같은 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 보호시트에 제1 전극층이 형성된 제1 전극시트를 일 방향으로 이송하는 제1 전극시트 공급롤러, 제2 보호시트에 제2 전극층이 형성된 제2 전극시트를 일 방향으로 이송하는 제2 전극시트 공급롤러, 전해질 막에 지지시트가 합지된 전해질 시트를 제1 시트와 제2 전극시트 사이로 이송하는 전해질 시트 공급롤러, 이송되는 제1 전극시트와 제2 전극시트를 상기 전해질 막의 양면에 열 가압하여 제1 전극층과 제2 전극층을 각각 전사하는 한 쌍의 열 전사롤러 및, 전해질 시트의 이송경로에 구비되어, 전해질 시트로부터 지지시트를 박리하고 남겨진 전해질 막에 상기 제1 전극시트 또는 제2 전극시트 중 어느 하나를 합지하여 보강하는 전해질 막 합지롤러를 구비하는 연료전지용 막 전극접합체 제조장치가 제공된다. In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, a first electrode sheet supply roller for transferring the first electrode sheet having the first electrode layer formed on the first protective sheet in one direction, and the second on the second protective sheet A second electrode sheet supply roller for transporting the second electrode sheet on which the electrode layer is formed in one direction, an electrolyte sheet supply roller for transporting the electrolyte sheet in which the support sheet is laminated to the electrolyte membrane between the first sheet and the second electrode sheet, the first to be transported A pair of thermal transfer rollers for transferring the first electrode layer and the second electrode layer, respectively, by thermally pressing the first electrode sheet and the second electrode sheet on both sides of the electrolyte membrane, and provided in the transport path of the electrolyte sheet, from the electrolyte sheet to the support sheet There is provided an apparatus for manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell having an electrolyte membrane laminating roller for reinforcing by laminating any one of the first electrode sheet or the second electrode sheet to the electrolyte membrane remaining after peeling the .

본 발명에 있어서, 전해질 막 합지롤러는, 열 전사롤러로 이송되는 상기 제1 전극시트 또는 제2 전극시트 중 어느 하나의 시트 이송경로와 교차되는 전해질 시트의 이송경로에 구비된다. In the present invention, the electrolyte membrane laminating roller is provided in the transport path of the electrolyte sheet that intersects with the transport path of any one of the first electrode sheet or the second electrode sheet transported to the thermal transfer roller.

본 발명에 있어서, 전해질 막 합지롤러는, 한 쌍의 열 전사롤러 중 어느 하나의 열 전사롤러에 인접하여 구동되는 피동롤러이다. In the present invention, the electrolyte membrane laminating roller is a driven roller driven adjacent to any one of the thermal transfer rollers of the pair of thermal transfer rollers.

본 발명에 있어서, 전해질 막 합지롤러에 인접하는 열 전사롤러의 타측에 인접하게 구비되어, 보호시트가 박리된 제1 전극층 또는 제2 전극층의 어느 하나의 표면에 보강시트 를 합지시키는 보강시트 합지롤러를 더 구비한다. In the present invention, the reinforcing sheet laminating roller provided adjacent to the other side of the thermal transfer roller adjacent to the electrolyte membrane laminating roller and laminating the reinforcing sheet on either surface of the first electrode layer or the second electrode layer from which the protective sheet is peeled. provide more

또한, 본 발명은 다른 측면에 따르면, 제1 전극층과 제2 전극층이 형성된 제1 전극시트와 제2 전극시트를 한 쌍의 열 전사롤러 사이로 각각 이송하는 단계, 제1 전극시트와 제2 전극시트 간에, 전해질 막에 지지시트가 합지된 전해질 시트를 한 쌍의 열 전사롤러 사이로 이송하는 단계, 이송되는 전해질 시트로부터 지지시트를 박리하고, 남겨진 전해질 막에 제1 전극시트와 제2 전극시트 중 어느 하나의 시트를 합지 보강하여 전해질 막 합지층을 형성하는 단계 및, 전해질 막 합지층과 전해질 막과 합지되지 않은 다른 전극시트를 열 전사롤러로 열 가압하여 전해질 막의 양면에 제1 전극층과 제2 전극층을 전사하는 단계를 구비하는 연료전지용 막 전극접합체 제조방법이 제공된다. In addition, according to another aspect of the present invention, the steps of respectively transferring the first electrode sheet and the second electrode sheet on which the first electrode layer and the second electrode layer are formed between a pair of thermal transfer rollers, the first electrode sheet and the second electrode sheet In the meantime, transferring the electrolyte sheet in which the support sheet is laminated to the electrolyte membrane between a pair of thermal transfer rollers, peeling the support sheet from the transferred electrolyte sheet, and either the first electrode sheet or the second electrode sheet on the remaining electrolyte membrane The first electrode layer and the second electrode layer on both sides of the electrolyte membrane by thermally pressing the other electrode sheet that is not laminated with the electrolyte membrane laminated layer and the electrolyte membrane with a thermal transfer roller to form an electrolyte membrane laminated layer by laminating and reinforcing one sheet There is provided a method for manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell comprising the step of transferring the.

본 발명에 있어서, 전해질 막 합지층을 형성하는 단계는, 한 쌍의 열 전사롤러 중 어느 하나의 열 전사롤러와, 이에 인접한 전해질 막 합지롤러 사이에 박리된 전해질 막과 상기 제1 전극시트 또는 제2 전극시트 중 어느 하나를 가압 합지하여 형성한다.In the present invention, the step of forming the electrolyte membrane lamination layer, the electrolyte membrane and the first electrode sheet or the first electrode sheet or the first peeled off between the thermal transfer roller of any one of the pair of thermal transfer rollers, and the electrolyte membrane lamination roller adjacent thereto It is formed by pressure laminating any one of the two electrode sheets.

본 발명에 있어서, 전해질 막의 양면에 제1 전극층과 제2 전극층을 전사하는 단계 이후에, 전해질 막 합지롤러에 인접한 열 전사롤러의 타측에 인접하게 구비되어, 보호시트가 박리된 제1 전극층 또는 제2 전극층의 어느 하나의 표면에 보강시트 를 합지시키는 보강시트 합지단계를 더 구비한다.In the present invention, after the step of transferring the first electrode layer and the second electrode layer on both sides of the electrolyte membrane, it is provided adjacent to the other side of the thermal transfer roller adjacent to the electrolyte membrane laminating roller, the first electrode layer or the first electrode layer from which the protective sheet is peeled off 2 It further comprises a reinforcing sheet laminating step of laminating the reinforcing sheet on any one surface of the electrode layer.

그리고, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면 제1 전극층이 형성된 제1 전극시트를 일 방향으로 이송하는 제1 전극시트 공급롤러, 제2 전극층이 형성된 제2 전극시트를 일 방향으로 이송하는 제2 전극시트 공급롤러, 전해질 막에 지지시트가 합지된 전해질 시트를 제1 전극시트와 제2 전극시트 사이로 이송하는 전해질 시트 공급롤러, 이송되는 제1 전극시트와 제2 전극시트를 전해질 막의 양면에 열 가압하여 제1 전극층과 제2 전극층을 각각 전사하는 한 쌍의 열 전사롤러, 열 전사롤러로 향하는 제1 전극시트와 제2 전극시트의 이송경로 상에 구비되어, 제1 전극층과 제2 전극층이 서로 동기되어 이송되는지를 감지하는 전극층 동기감지부 및, 전극층 동기감지부로부터 수신한 전극층 동기신호에 따라 이송되는 상기 제1 전극시트 또는 제2 전극시트를 상대 이동시키는 전극시트 편차 제어부를 구비하는 연료전지용 막 전극접합체 제조장치가 제공된다.And, according to another aspect of the present invention, a first electrode sheet supply roller for transferring the first electrode sheet on which the first electrode layer is formed in one direction, and a second electrode for transferring the second electrode sheet on which the second electrode layer is formed in one direction Sheet supply roller, electrolyte sheet supply roller for transferring the electrolyte sheet in which the support sheet is laminated to the electrolyte membrane between the first electrode sheet and the second electrode sheet, and heat pressurizing the transferred first electrode sheet and the second electrode sheet on both sides of the electrolyte membrane A pair of heat transfer rollers for transferring the first electrode layer and the second electrode layer, respectively, are provided on the transfer path of the first electrode sheet and the second electrode sheet directed to the heat transfer roller, so that the first electrode layer and the second electrode layer are mutually For a fuel cell having an electrode layer synchronization sensing unit for detecting whether it is transferred in synchronization, and an electrode sheet deviation control unit for relatively moving the first electrode sheet or the second electrode sheet transferred according to the electrode layer synchronization signal received from the electrode layer synchronization sensing unit An apparatus for manufacturing a membrane electrode assembly is provided.

본 발명에 있어서, 전극층 동기감지부는 열 전사롤러로부터 동일한 거리에 이격되게 설치되는 한 쌍의 센서로, 이송되는 제1 전극시트와 제2 전극시트와 접촉되지 않는 광전센서 또는 초음파 센서일 수 있다. In the present invention, the electrode layer synchronization sensing unit is a pair of sensors installed to be spaced apart at the same distance from the thermal transfer roller, and may be a photoelectric sensor or an ultrasonic sensor that does not come into contact with the transferred first electrode sheet and the second electrode sheet.

본 발명에 있어서, 제1 전극시트와 제2 전극시트가 합지된 막 전극접합체의 이송경로에 구비되어, 막 전극접합체의 양면에 전사된 제1 전극층과 제2 전극층의 동기가 일치하는지 동기영상을 촬영하는 비전센서를 더 구비한다. In the present invention, the first electrode sheet and the second electrode sheet are provided in the transport path of the laminated membrane electrode assembly, and the synchronization image of the first electrode layer and the second electrode layer transferred to both sides of the membrane electrode assembly is synchronized. A vision sensor for photographing is further provided.

본 발명에 있어서, 전극시트 편차 제어부는, 비전센서로부터 수신된 동기영상에 따라 전극층의 이송되는 제1 전극시트 또는 제2 전극시트를 상대 이동시킨다. In the present invention, the electrode sheet deviation control unit relatively moves the first electrode sheet or the second electrode sheet transferred in the electrode layer according to the synchronization image received from the vision sensor.

본 발명에 있어서, 전극시트 편차 제어부는 전극층 동기신호가 제1 전극층과 제2 전극층이 동기되지 않은 신호이면, 제1 전극층과 제2 전극층 간의 편차거리를 산출한다. In the present invention, the electrode sheet deviation control unit calculates the deviation distance between the first electrode layer and the second electrode layer when the electrode layer synchronization signal is a signal that the first electrode layer and the second electrode layer are not synchronized.

본 발명에 있어서, 전극시트 편차 제어부에 의해 상기 편차거리 만큼 제1 전극시트 또는 제2 전극시트를 상대 이동시키도록, 상기 한 쌍의 열 전사롤러 중 어느 하나의 열 전사롤러에 인접하여 구동되는 피동롤러인 편차조절 피동롤러를 더 구비한다. In the present invention, driven adjacent to any one of the thermal transfer rollers of the pair of thermal transfer rollers so as to relatively move the first electrode sheet or the second electrode sheet by the deviation distance by the electrode sheet deviation control unit It further includes a deviation control driven roller that is a roller.

본 발명에 있어서, 편차거리 만큼 제1 전극시트 또는 제2 전극시트를 상대 이동시키도록 전극시트 편차 제어부에 의해 제어되며, 한 쌍의 열 전사롤러 중 어느 하나의 열 전사롤러에 인접하여 구동되는 피동롤러인 편차조절 피동롤러를 더 구비한다. In the present invention, it is controlled by the electrode sheet deviation control unit to relatively move the first electrode sheet or the second electrode sheet by the deviation distance, and driven adjacent to any one of the heat transfer rollers among the pair of heat transfer rollers. It further includes a deviation control driven roller that is a roller.

본 발명에 있어서, 편차조절 피동롤러는 한 쌍의 열 전사롤러 중 어느 하나의 열 전사롤러에 인접 또는 이격되도록 전극시트 편차 제어부에 의해 제어된다.In the present invention, the deviation control driven roller is controlled by the electrode sheet deviation control unit so as to be adjacent to or spaced apart from any one of the heat transfer rollers among the pair of heat transfer rollers.

그리고, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면 제1 전극층과 제2 전극층이 형성된 제1 전극시트와 제2 전극시트를 한 쌍의 열 전사롤러 사이로 각각 이송하는 단계, 이송되는 제1 전극시트와 제2 전극시트 간에, 전해질 막에 지지시트가 합지된 전해질 시트를 열 전사롤러 사이로 이송하는 단계, 전해질 막의 양면에 제1 전극시트와 제2 전극시트를 열 전사롤러로 가압하여 제1 전극층과 제2 전극층을 전사하는 단계;를 구비하되, 열 전사롤러로 이송되는 제1 전극층과 제2 전극층을 각각 감지하여 동기가 일치하는지 판단하고, 동기가 일치하지 않으면 제1 전극시트와 제2 전극시트를 상대 이동시켜 동기를 일치시킨 후 이송하는 연료전지용 막 전극접합체 제조방법이 제공된다.And, according to another aspect of the present invention, the step of transferring the first electrode sheet and the second electrode sheet on which the first electrode layer and the second electrode layer are formed between a pair of thermal transfer rollers, respectively, the first electrode sheet and the second transferred Between the electrode sheets, transferring the electrolyte sheet in which the support sheet is laminated to the electrolyte membrane between the heat transfer rollers, pressing the first electrode sheet and the second electrode sheet on both sides of the electrolyte membrane with the heat transfer roller to the first electrode layer and the second electrode layer but, detects the first electrode layer and the second electrode layer transferred to the thermal transfer roller to determine whether synchronization is consistent, and if the synchronization does not match, relative movement of the first electrode sheet and the second electrode sheet There is provided a method for manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell that is transported after matching the synchronization.

본 발명에 있어서, 제1 전극시트와 제2 전극시트가 합지된 막 전극접합체의 양면에 전사된 제1 전극층과 제2 전극층의 촬영된 영상으로부터 동기가 일치되는지를 판단한다. In the present invention, it is determined whether synchronization is matched from the captured images of the first electrode layer and the second electrode layer transferred to both sides of the membrane electrode assembly in which the first electrode sheet and the second electrode sheet are laminated.

본 발명에 있어서, 제1 전극층과 제2 전극층의 동기가 일치하지 않으면, 제1 전극층과 제2 전극층 간의 편차거리를 산출하고, 제1 전극시트 또는 제2 전극시트를 편차거리 만큼 일 방향으로 상대 이동시킨다. In the present invention, if the synchronization of the first electrode layer and the second electrode layer is not identical, the deviation distance between the first electrode layer and the second electrode layer is calculated, and the first electrode sheet or the second electrode sheet is compared in one direction by the deviation distance move it

본 발명에 있어서, 한 쌍의 열 전사롤러 중 어느 하나의 열 전사롤러에 인접하게 편차조절 피동롤러를 이동시킨 후, 인접한 열 전사롤러를 구동시켜 편차조절 피동롤러 사이로 제1 전극시트 또는 제2 전극시트를 일 방향으로 상대 이동시킨다.In the present invention, after moving the deviation control driven roller adjacent to any one of the heat transfer rollers among the pair of heat transfer rollers, the adjacent heat transfer roller is driven to the first electrode sheet or the second electrode between the deviation control driven rollers The sheet is relatively moved in one direction.

본 발명에 따르면, 롤투롤 공정을 이용하여 연료전지용 막 전극조립체를 연속적으로 생산할 수 있어 생산성이 향상될 뿐만 아니라, 전해질 막 표면에 설계된 패턴대로 정확한 위치에 전극층을 전사시킬 수 있어 전사위치 불량으로 인한 제품 결함을 방지할 수 있다.According to the present invention, it is possible to continuously produce a membrane electrode assembly for a fuel cell using a roll-to-roll process, thereby improving productivity, and transferring the electrode layer to the correct position according to the pattern designed on the surface of the electrolyte membrane. Product defects can be avoided.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료전지용 막 전극접합체 제조장치를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 따른 각 공정을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 전해질 막 합지롤러의 주위를 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 A 부분을 확대 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 막 전극접합체 제조방법의 순서도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 연료전지용 막 전극접합체 제조장치를 도시한 도면이다.
도 7은 표면에 동일한 패턴의 전극층이 형성되는 제1 전극시트와 제2 전극시트의 단면도이다.
8(a),(b),(c)는 전극시트 편차 제어부에 의한 전극시트의 상대이동 동작과정을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 막 전극접합체 제조방법의 순서도이다. 1 is a view showing an apparatus for manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram sequentially illustrating each process according to FIG. 1 .
3 is a view showing the circumference of the electrolyte membrane laminating roller according to the present invention.
FIG. 4 is an enlarged view of part A of FIG. 3 .
5 is a flowchart of a method for manufacturing a membrane electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing an apparatus for manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell according to another embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view of a first electrode sheet and a second electrode sheet having the same pattern of electrode layers formed on the surface thereof.
8(a), (b), and (c) are diagrams showing the relative movement operation of the electrode sheet by the electrode sheet deviation control unit.
9 is a flowchart of a method for manufacturing a membrane electrode assembly according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로서, 도면에서의 요소의 형상, 요소의 크기, 요소간의 간격 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되거나 축소되어 표현될 수 있다.This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those with average knowledge in the art, and the shape of elements in the drawings, the size of elements, spacing between elements, etc. may be exaggerated or reduced for

또한, 실시예를 설명하는데 있어서 원칙적으로 관련된 공지의 기능이나 공지의 구성과 같이 이미 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 기술적 특징을 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.In addition, when it is determined that the technical features of the present invention may be unnecessarily obscured as matters already known to those skilled in the art, such as known functions or known configurations related in principle in describing the embodiments, the detailed description thereof A description will be omitted.

본 발명에 따른 연료전지용 막 전극접합체 제조장치는, 표면에 일측에서 전극층이 형성된 제1 전극시트, 제2 전극시트, 및 전해질 시트를 일 방향으로 연속적으로 이송하면서 전해질 시트 표면에 전극층을 열 전사하여 연료전지용 막 전극접합체를 제조하는 롤투롤(Roll-to-Roll) 장치이다. The apparatus for manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell according to the present invention, by continuously transferring the first electrode sheet, the second electrode sheet, and the electrolyte sheet having an electrode layer formed on one side on the surface in one direction, thermally transferring the electrode layer to the surface of the electrolyte sheet, It is a roll-to-roll device for manufacturing membrane electrode assemblies for fuel cells.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 연료전지용 막 전극접합체 제조장치(100)를 도시한 도면이고, 도 1에 따른 각 공정을 순차적으로 도시한 도면이다.1 is a view showing an apparatus 100 for manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, and is a view sequentially showing each process according to FIG. 1 .

본 발명은 제1 전극시트 공급롤러(110), 제2 전극시트 공급롤러(120), 전해질 시트 공급롤러(130), 전해질 막 합지롤러(140), 열 전사롤러(150a,150b), 보호시트 제거부(160), 보강시트 합지롤러(170), 막 전극접합체 권취롤러(180)로 이루어진다.The present invention provides a first electrode sheet supply roller 110 , a second electrode sheet supply roller 120 , an electrolyte sheet supply roller 130 , an electrolyte membrane lamination roller 140 , thermal transfer rollers 150a and 150b , and a protective sheet It consists of a removal unit 160 , a reinforcing sheet laminating roller 170 , and a membrane electrode assembly winding roller 180 .

제1 전극시트 공급롤러(110)는 권취된 제1 전극시트(10)가 풀림되는 제1 전극시트 풀림롤러(111)와, 제1 전극시트 풀림롤러(111)로부터 풀림되는 제1 전극시트(10)가 이송경로 상에서 장력을 유지하면서 이송시키는 제1 안내롤러(112)로 이루어진다. 여기서, 이송되는 제1 전극시트(10)의 장력을 유지하기 위하여 이송경로 상에 복수의 안내롤러(112)가 구비될 수도 있다. 제1 전극시트 공급롤러(110)에 의해 이송되는 제1 전극시트(10)는 한 쌍의 열 전사롤러(150a,150b) 사이로 공급된다.The first electrode sheet supply roller 110 includes a first electrode sheet unwinding roller 111 from which the wound first electrode sheet 10 is unwound, and a first electrode sheet unwinding from the first electrode sheet unwinding roller 111 ( 10) consists of a first guide roller 112 for transferring while maintaining tension on the transfer path. Here, a plurality of guide rollers 112 may be provided on the transport path in order to maintain the tension of the first electrode sheet 10 being transported. The first electrode sheet 10 transferred by the first electrode sheet supply roller 110 is supplied between a pair of thermal transfer rollers 150a and 150b.

여기서, 이송되는 제1 전극시트(10)는 도 2(a)에 도시된 바와 같이, 일 방향으로 이어진 띠 형상으로, 제1 보호시트(11)의 표면에 제1 전극층(12)이 돌출되게 형성되어 있다. 제1 보호시트(11)는 이송과정에서 표면에 접촉되는 롤러로부터 제1 전극층(12)을 보호하도록 구비되는 얇은 두께를 가지는 필름으로, 제1 전극시트 풀림롤러(111)에 권취 시 이웃하게 권취되는 제1 전극층(12)을 상호 격리시켜 보호하고, 이송 시에도 제1 안내롤러(112)에 접촉되어 제1 전극층(12)을 보호한다.Here, the transferred first electrode sheet 10 has a band shape extending in one direction, as shown in FIG. 2A , so that the first electrode layer 12 protrudes from the surface of the first protective sheet 11 . is formed The first protective sheet 11 is a film having a thin thickness provided to protect the first electrode layer 12 from the rollers contacting the surface during the transport process, and is wound next to the first electrode sheet unwinding roller 111 when it is wound. The first electrode layer 12 is isolated from each other to protect, and even during transport, the first electrode layer 12 is in contact with the first guide roller 112 to protect the first electrode layer 12 .

제1 보호시트(11)는 후속하는 열 전사이후 제1 전극층(12)으로부터 박리가 용이한 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리이미드(PI)와 같은 고분자 필름으로 형성된다.The first protective sheet 11 is made of polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), poly It is formed of a polymer film such as trimethylene terephthalate (PTT), polyethylene naphthalate (PEN), or polyimide (PI).

제2 전극시트 공급롤러(120)는 이송 대상이 제2 전극시트(20)이라는 것 이외에는 전술한 제1 전극시트 공급롤러(110)와 동일하다. 즉, 제2 전극시트 풀림롤러(121)와 제2 안내롤러(122)는 각각 제1 전극시트 풀림롤러(111)와 제1 안내롤러(112)와 동일하다. The second electrode sheet supply roller 120 is the same as the above-described first electrode sheet supply roller 110 except that the transfer target is the second electrode sheet 20 . That is, the second electrode sheet loosening roller 121 and the second guide roller 122 are the same as the first electrode sheet releasing roller 111 and the first guide roller 112 , respectively.

여기서, 제2 전극시트 공급롤러(120)에 이송되는 제2 전극시트(20)는, 도 2(b)에 도시되는 바와 같이 제2 보호시트(21)의 표면에 제2 전극층(22)이 돌출되게 형성되는데, 제2 보호시트(21) 역시 제2 전극층(22)을 보호한다는 것 이외에는 전술한 제1 보호시트(11)와 동일하다. 이때, 제2 전극층(22)은 제1 전극층(12)에 대응되는 전극층으로, 애노드(Anode)와 캐소드(Cathode)로 각각 형성된다. 제2 전극시트 공급롤러(120)에 의해 제2 전극시트(20)는 열 전사롤러(150a,150b)로 공급된다.Here, the second electrode sheet 20 transferred to the second electrode sheet supply roller 120 has a second electrode layer 22 on the surface of the second protective sheet 21 as shown in FIG. 2(b). It is formed to protrude, and the second protective sheet 21 is the same as the above-described first protective sheet 11 except that it also protects the second electrode layer 22 . In this case, the second electrode layer 22 is an electrode layer corresponding to the first electrode layer 12 and is formed of an anode and a cathode, respectively. The second electrode sheet 20 is supplied to the thermal transfer rollers 150a and 150b by the second electrode sheet supply roller 120 .

전해질 시트 공급롤러(130)는 제1 전극층(12)과 제2 전극층(22)이 양면에 전사되는 전해질 시트(30)를 제1 전극시트(10)와 제2 전극시트(20)간을 경유하여 열 전사롤러(150a,150b) 사이로 공급하는 롤러로, 전해질 시트 풀림롤러(131)와, 전해질 시트 풀림롤러(131)로부터 풀림되는 전해질 시트(30)를 소정의 장력으로 이송시키는 전해질 시트 안내롤러(132)로 이루어진다. The electrolyte sheet supply roller 130 passes the electrolyte sheet 30 on which the first electrode layer 12 and the second electrode layer 22 are transferred on both sides between the first electrode sheet 10 and the second electrode sheet 20 . As a roller supplied between the thermal transfer rollers 150a and 150b, the electrolyte sheet guide roller for transferring the electrolyte sheet unwinding roller 131 and the electrolyte sheet 30 unwound from the electrolyte sheet unwinding roller 131 with a predetermined tension (132).

전해질 시트 공급롤러(130)에 의해 이송되는 전해질 시트(30)는 도 2(c)에 도시된 바와 같이 전해질 막(31)과 지지시트(32)가 합지되어 있다. 여기서, 전해질 막(31)은 이온전도성 멤브레인으로, 비닐리덴플루오라이드(vinylidene fluoride), 트리플루오로에틸렌(trifluoroethylene), 테트라플루오로에틸렌 (tetrafluoroethylene), 헥사플루오로프로필렌(hexafluoropropylene)의 중합체로 이루어지는 연질의 고분자가 재질로 사용된다. The electrolyte sheet 30 transferred by the electrolyte sheet supply roller 130 has an electrolyte membrane 31 and a support sheet 32 laminated thereto as shown in FIG. 2(c). Here, the electrolyte membrane 31 is an ion conductive membrane, and is made of a polymer of vinylidene fluoride, trifluoroethylene, tetrafluoroethylene, and hexafluoropropylene. of polymer is used as the material.

전해질 막(31)은 이와 같은 연질의 고분자로 두께가 수십 ㎛에 불과한 얇은 막으로 형성됨에 따라, 이송 시 얇은 형태가 유지되기 어려워, 경질 필름인 지지시트(32)가 합지되어 있다. 이와 같은 지지시트(32)는 이송되는 전해질 막(31)을 지지하여 형태를 유지시키는데, 열 전사롤러(150a,150b)에 의해 전극층(12,22)이 전사되기 이전에 제거되어야 한다. As the electrolyte membrane 31 is formed as a thin film having a thickness of only several tens of μm with such a soft polymer, it is difficult to maintain a thin shape during transport, and a support sheet 32 which is a hard film is laminated. The support sheet 32 maintains its shape by supporting the electrolyte membrane 31 being transferred, and must be removed before the electrode layers 12 and 22 are transferred by the thermal transfer rollers 150a and 150b.

전극층(12,22)의 전사를 위하여 지지시트(32)가 제거된 전해질 막(31)이 단독으로 이송되면, 형태가 유지되기 어려워 연질의 얇은 막 표면이 주름지거나 전해질 시트 공급롤러(130)에 의한 장력으로 신장되게 된다.When the electrolyte membrane 31 from which the support sheet 32 is removed is transported alone for transfer of the electrode layers 12 and 22, it is difficult to maintain the shape, so that the surface of the soft thin membrane is wrinkled or the electrolyte sheet supply roller 130 It is stretched by tension.

이와 같이 표면이 주름져 평탄하지 않거나 신장된 전해질 막(31)상에 전극층(12,22)이 전사되면, 설계된 패턴대로 정확한 위치에 형성되지 않아 제품의 불량을 초래한다. 이와 같은 전극층(12,22) 위치 오 정렬에 따른 불량은 비록 짧은 구간이더라도 연속적인 롤투롤 공정의 특성 상 상당한 구간의 불량이 발생하게 된다.When the electrode layers 12 and 22 are transferred on the electrolyte membrane 31 that is not flat or stretched due to the wrinkled surface, it is not formed in the correct position according to the designed pattern, resulting in product defects. The defect due to the misalignment of the electrode layers 12 and 22, even if it is a short section, is a defect in a considerable section due to the characteristics of the continuous roll-to-roll process.

이를 해결하기 위하여, 본 발명은 전극층(12,22)이 전사되기 이전까지 전해질 막(31)의 형태가 안전하게 유지되게 이송하는 전해질 막 합지롤러(140)를 구비한다. 도 3은 본 발명에 따른 전해질 막 합지롤러(140)의 주위를 도시한 도면으로, 전해질 막 합지롤러(140)는 한 쌍의 열 전사롤러(150a,150b) 사이로 이송되는 제1 전극시트(10)의 이송경로와 교차하는 전해질 시트의 이송경로 상에 한 쌍의 열 전사롤러(150a,150b) 중 상부 열 전사롤러(150a)에 인접하게 설치된다.In order to solve this problem, the present invention is provided with an electrolyte membrane laminating roller 140 for transporting so that the shape of the electrolyte membrane 31 is safely maintained until the electrode layers 12 and 22 are transferred. 3 is a view showing the periphery of the electrolyte membrane laminating roller 140 according to the present invention, the electrolyte membrane laminating roller 140 is a first electrode sheet 10 transferred between a pair of thermal transfer rollers 150a and 150b. ) is installed adjacent to the upper thermal transfer roller 150a among the pair of thermal transfer rollers 150a and 150b on the transfer path of the electrolyte sheet that intersects the transfer path.

이와 같은 전해질 막 합지롤러(140)는 인접한 상부 열 전사롤러(150a)에 의해 피동되는 롤러로, 구동력을 가지는 상부 열 전사롤러(250a)와 서로 다른 방향으로 회전한다. 따라서, 도 3의 A 부분을 확대 도시한 도 4에서와 같이, 전해질 막 합지롤러(140)는 상부 열 전사롤러(150a) 사이로 이송되는 전해질 시트(30)로부터 지지시트(32)를 박리함과 동시에, 지지시트(32)가 박리된 전해질 막(31)과 상부로부터 인입되는 제1 전극시트(10)를 가압하여 전해질 막 합지시트(40. 도 2(d))를 형성한다. 박리된 지지시트(32)는 지지시트 안내롤러(141)를 거쳐 지지시트 권취롤러(142)에 권취된다. The electrolyte membrane laminating roller 140 is a roller driven by the adjacent upper thermal transfer roller 150a, and rotates in a different direction from the upper thermal transfer roller 250a having a driving force. Therefore, as in FIG. 4, which is an enlarged view of part A of FIG. 3, the electrolyte membrane laminating roller 140 peels the support sheet 32 from the electrolyte sheet 30 transferred between the upper thermal transfer rollers 150a and At the same time, the electrolyte membrane 31 from which the support sheet 32 is peeled and the first electrode sheet 10 introduced from the top are pressed to form the electrolyte membrane laminated sheet 40 (FIG. 2(d)). The peeled support sheet 32 is wound on the support sheet winding roller 142 via the support sheet guide roller 141 .

따라서, 전해질 막 합지롤러(140)는 전극층(12,22)의 전사를 위하여 전해질 시트(30)로부터 지지시트(32)를 제거함과 동시에, 지지시트(32)가 제거된 연질의 얇은 전해질 막(31)에 제1 전극시트(10)를 합지하여 보강한다. 결국, 후속되는 전사를 위하여 합지된 지지시트(32)가 제거되더라도, 제1 전극시트(10)에 의해 보강된 전해질 막(31)은 형태변형 없이 온전하게 열 전사롤러(150a,150b)로 지지되어 이송될 수 있어 표면의 정확한 위치에 전극층(12,22)이 전사될 수 있다. Therefore, the electrolyte membrane laminating roller 140 removes the support sheet 32 from the electrolyte sheet 30 for the transfer of the electrode layers 12 and 22, and at the same time, the support sheet 32 is removed from the soft thin electrolyte membrane ( 31) by laminating the first electrode sheet 10 to reinforce it. As a result, even if the laminated support sheet 32 is removed for subsequent transfer, the electrolyte membrane 31 reinforced by the first electrode sheet 10 is intactly supported by the thermal transfer rollers 150a and 150b without deformation. It can be transferred and the electrode layers 12 and 22 can be transferred to an exact position on the surface.

이상에서는 전해질 막 합지롤러(140)가 전해질 막(31)과 제1 전극시트(20)와 합지하는 예를 설명하였으나, 전해질 막 합지롤러(140)를 하부 열 전사롤러(150b)에 인접하게 설치하여 전해질 막(31)과 제2 전극시트(20)와 합지할 수도 있다. In the above, an example in which the electrolyte membrane laminating roller 140 is laminated with the electrolyte membrane 31 and the first electrode sheet 20 has been described, but the electrolyte membrane laminating roller 140 is installed adjacent to the lower thermal transfer roller 150b Thus, the electrolyte membrane 31 and the second electrode sheet 20 may be laminated.

열 전사롤러(150a,150b)는 한 쌍으로 이루어져, 모터 등에 의해 제어되어, 인접한 롤러(140, 170) 사이로 각종 시트(10,20,30,70)를 이송하거나, 지지시트(32)나 보호시트(11,21)를 박리시키는 구동력을 제공한다. 이와 함께, 열 전사롤러(150a,150b)는 그 사이에 전해질 막 합지시트(40)와 제2 전극시트(20)를 열과 압력을 가하여 전해질 막(31)의 양면에 제1 전극층(11)과 제2 전극층(21)을 전사시켜 전극층 전사시트(50. 도 2(e))를 형성한다. The thermal transfer rollers 150a and 150b are formed as a pair and are controlled by a motor or the like to transfer various sheets 10, 20, 30, and 70 between adjacent rollers 140 and 170, or support sheet 32 or protection. A driving force for peeling the sheets 11 and 21 is provided. At the same time, the heat transfer rollers 150a and 150b apply heat and pressure to the electrolyte membrane laminating sheet 40 and the second electrode sheet 20 between the first electrode layers 11 and 11 on both sides of the electrolyte membrane 31 and The second electrode layer 21 is transferred to form an electrode layer transfer sheet 50 (FIG. 2(e)).

그리고, 전극층 전사시트(50)의 양면에 구비된 보호시트(11,21)는 서로 다른 방향으로 회전하는 한 쌍의 열 전사롤러(150a,150b)에 의해 각각 박리되어 보호시트 안내롤러(161)에 의해 보호시트 권취롤러(160)에 각각 권취되어 제거된다. 보호시트(11,21)가 제거된 전극층 전사 박리시트(60)가 도 2(f)에 도시되어 있다. In addition, the protective sheets 11 and 21 provided on both sides of the electrode layer transfer sheet 50 are peeled off by a pair of heat transfer rollers 150a and 150b rotating in different directions, respectively, and the protective sheet guide roller 161. Each is wound around the protective sheet winding roller 160 and removed. The electrode layer transfer release sheet 60 from which the protective sheets 11 and 21 are removed is shown in FIG. 2(f).

보강시트 합지롤러(170)는 전해질 막 합지롤러(140)에 인접하는 열 전사롤러(150a)의 타측에 인접하게 구비되며, 상부 열 전사롤러(150a)에 의해 피동되는 롤러이다. 보강시트 합지롤러(170)는 양면으로부터 보호시트(11,21)가 제거되어 형태 안전성이 취약해진 전극층 전사 박리시트(60)에 보강시트 공급롤러(171)로부터 보강시트 안내롤러(172)를 거쳐 공급되는 보강시트(70)를 합지하여 보강한다. 도 2(g)에는 일면에 보강시트(70)가 합지된 연료전지용 막 전극접합체(70)가 도시되어 있다. The reinforcing sheet laminating roller 170 is provided adjacent to the other side of the thermal transfer roller 150a adjacent to the electrolyte membrane laminating roller 140 and is a roller driven by the upper thermal transfer roller 150a. The reinforcing sheet laminating roller 170 is passed from the reinforcing sheet supply roller 171 to the reinforcing sheet guide roller 172 to the electrode layer transfer peeling sheet 60, which is weakened in shape safety due to the removal of the protective sheets 11 and 21 from both sides. The supplied reinforcement sheet 70 is laminated and reinforced. 2(g) shows a membrane electrode assembly 70 for a fuel cell in which a reinforcing sheet 70 is laminated on one surface.

따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같이 전극층(12,22)의 전사를 위하여 지지시트(32)가 박리된 전해질 막(31)을 제1 전극시트(10)로 보강하여 전사한 후, 보호시트(11,21)가 제거되어 이송되는 시트의 형태 안정성이 취약해지면 다시 보강시트(70)로 합지하여 보강함으로써, 이송 과정에서 발생하는 전해질 막(31)의 형태를 보다 안정하게 유지시킬 수 있다. Therefore, in the present invention, as described above, for the transfer of the electrode layers 12 and 22, the electrolyte membrane 31 from which the support sheet 32 is peeled is reinforced with the first electrode sheet 10 and transferred, and then the protective sheet ( 11 and 21) are removed and the shape stability of the transported sheet becomes weak, by laminating and reinforcing with the reinforcing sheet 70 again, it is possible to more stably maintain the shape of the electrolyte membrane 31 generated during the transporting process.

이와 같이 완성된 연료전지용 막 전극접합체(70)는 막 전극접합체 권취롤러(180)에 권취되는데, 보강시트(70)는 또한 이웃하는 전극층(12,22)을 서로 격리시켜 보호한다. The completed membrane electrode assembly 70 for fuel cell is wound on the membrane electrode assembly winding roller 180, and the reinforcing sheet 70 also protects the adjacent electrode layers 12 and 22 by isolating them from each other.

이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 막 전극접합체 제조방법을 설명한다. Hereinafter, a method for manufacturing a membrane electrode assembly according to an embodiment of the present invention will be described.

도 5는 이의 순서도로, 본 발명은 보호시트에 서로 대응되는 제1,2전극층(12,22)이 형성된 제1 전극시트(10)와 제2 전극시트(20)를 한 쌍의 열 전사롤러(150a,150b) 사이로 각각 이송한다(S110). 이와 동시에, 제1 전극시트(10)와 제2 전극시트(20) 간에 전해질 막(31)과 지지시트(32)가 합지된 전해질 시트(30)를 한 쌍의 열 전사롤러(150a,150b) 사이로 이송한다(S120). 5 is a flow chart thereof, according to the present invention, the first electrode sheet 10 and the second electrode sheet 20 having the first and second electrode layers 12 and 22 corresponding to each other on the protective sheet are formed by a pair of thermal transfer rollers. Each is transferred between 150a and 150b (S110). At the same time, the electrolyte sheet 30 in which the electrolyte membrane 31 and the support sheet 32 are laminated between the first electrode sheet 10 and the second electrode sheet 20 is transferred to a pair of thermal transfer rollers 150a and 150b. It is transferred between (S120).

다음으로, 이송되는 전해질 시트(30)로부터 지지시트(32)를 박리하고, 남겨진 전해질 막(31)과 제1 전극시트(10)와 제2 전극시트(20) 중 어느 하나를 합지하여 전해질 막 합지층(40)을 형성한다(S130). 이때, 지지시트(32)는 한 쌍의 열 전사롤러(150a,150b)사이로 향하는 제1 전극시트(10)의 이송경로(L1)와 교차하는 전해질 시트의 이송경로(L2) 상에서 박리되며, 지지시트(32)가 박리된 전해질 막(31)은 한 쌍의 열 전사롤러(150a,150b) 중 어느 하나의 열 전사롤러와, 이에 접하는 전해질 막 합지롤러(140)에 의해 가압 합지하여 전해질 막 합지층(40)을 형성한다.Next, the supporting sheet 32 is peeled off from the transferred electrolyte sheet 30 , and any one of the remaining electrolyte membrane 31 , the first electrode sheet 10 and the second electrode sheet 20 is laminated to form an electrolyte membrane A lamination layer 40 is formed (S130). At this time, the support sheet 32 is peeled off on the transport path L2 of the electrolyte sheet that intersects the transport path L1 of the first electrode sheet 10 directed between the pair of thermal transfer rollers 150a and 150b. The electrolyte membrane 31 from which the sheet 32 is peeled is press-laminated by any one of the pair of heat transfer rollers 150a and 150b and the electrolyte membrane laminating roller 140 in contact with it to laminate the electrolyte membrane. A layer 40 is formed.

그 다음으로, 전해질 막 합지층(40)과 이에 합지되지 않고 타측에서 이송되는 전극시트를 열 가압하여 전해질 막(31)에 전극층(12,22)을 전사하여 전극층 전사시트(50)를 형성한다(S140). 그 다음으로, 전극층 전사시트(50)로부터 보호시트를 제거한 후, 보강시트(70)와 합지하여 연료전지 막 전극접합체(70)를 완성한다(S150). Next, by heat-pressing the electrolyte membrane laminated layer 40 and the electrode sheet transferred from the other side without being laminated thereto, the electrode layers 12 and 22 are transferred to the electrolyte membrane 31 to form the electrode layer transfer sheet 50 . (S140). Next, after the protective sheet is removed from the electrode layer transfer sheet 50 , it is laminated with the reinforcement sheet 70 to complete the fuel cell membrane electrode assembly 70 ( S150 ).

도 6에는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 연료전지용 막 전극접합체 제조장치(200)가 도시되어 있는데, 전술한 도 1의 실시 예와 비교하여 제1 전극시트 공급롤러(110), 제2 전극시트 공급롤러(120), 전해질 시트 공급롤러(130), 열 전사롤러(150a,150b), 보호시트 권취롤러(160), 보강시트 합지롤러(170), 막 전극접합체 권취롤러(180)는 동일하고, 전극층 동기감지부(210a, 210b), 전극시트 편차 제어부(220), 및 비전센서(230)가 더 구비되어 있다.FIG. 6 shows an apparatus 200 for manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell according to another embodiment of the present invention. Compared with the embodiment of FIG. 1 described above, a first electrode sheet supply roller 110 and a second electrode sheet are shown. The supply roller 120, the electrolyte sheet supply roller 130, the thermal transfer rollers 150a, 150b, the protective sheet winding roller 160, the reinforcing sheet laminating roller 170, the membrane electrode assembly winding roller 180 are the same , electrode layer synchronization detection units 210a and 210b, electrode sheet deviation control unit 220, and a vision sensor 230 are further provided.

연료전지 막 전극접합체는 전해질 막(31)의 양면에 전극층(12,22)이 전사되는데, 막 전극접합체가 우수한 효율로 전기에너지를 생산하기 위해서는 전극층(12,22)은 전해질 막(31)의 양면에 대칭되게 전사된다. In the fuel cell membrane electrode assembly, the electrode layers 12 and 22 are transferred to both sides of the electrolyte membrane 31 . In order for the membrane electrode assembly to produce electric energy with excellent efficiency, the electrode layers 12 and 22 are the electrolyte membrane 31 . It is transferred symmetrically on both sides.

전극층(12,22)을 도시한 도 7(a),(b)을 참조하면, 제1,2전극시트(10,20) 표면에는 블랭크 구간(T2) 사이에 제1 전극층(12)과 제2 전극층(22)이 전극층 구간(T1)을 형성하며 동일한 패턴으로 돌출되는데, 이와 같이 동일한 패턴의 전극층(12,22)은 동기 되게 이송되어야 전해질 막(31)에 대칭되게 전사될 수 있다. Referring to FIGS. 7(a) and (b) showing the electrode layers 12 and 22, the first and second electrode layers 12 and the first electrode layer 12 and the second electrode layer 12 and the second electrode layer 12 are disposed on the surfaces of the first and second electrode sheets 10 and 20 between the blank section T2. The second electrode layer 22 forms the electrode layer section T1 and protrudes in the same pattern. As such, the electrode layers 12 and 22 of the same pattern must be synchronously transferred to be symmetrically transferred to the electrolyte membrane 31 .

전극층 동기감지부(210a, 210b)는 제1 전극층(12)과 제2 전극층(22)이 서로 동기되어 이송되는지를 감지하는데, 열 전사롤러(150a,150b)로 향하는 제1 전극시트(10)와 제2 전극시트(20) 각각의 이송경로 상에 구비된다. The electrode layer synchronization sensing units 210a and 210b detect whether the first electrode layer 12 and the second electrode layer 22 are transferred in synchronization with each other, and the first electrode sheet 10 directed to the thermal transfer rollers 150a and 150b. and the second electrode sheet 20 are provided on each transfer path.

전극층 동기감지부(240a, 240b)는 도 6에 도시되는 바와 같이, 열 전사롤러(150a,150b)로부터 동일한 거리(d)에 이격 설치되어 전극층 구간(T1)과 블랭크 구간(T2)을 감지하는 센서로, 전극시트(10,20)의 이송을 방해하지 않는 광전 센서나 초음파 센서와 같은 비접촉 센서가 사용된다. 이와 같은 전극층 동기감지부(210a, 210b)에 의해 감지된 전극층 동기신호는 전극시트 편차 제어부(220)로 전송된다.As shown in FIG. 6, the electrode layer synchronization sensing units 240a and 240b are installed at the same distance d from the thermal transfer rollers 150a and 150b to detect the electrode layer section T1 and the blank section T2. As the sensor, a non-contact sensor such as a photoelectric sensor or an ultrasonic sensor that does not interfere with the transfer of the electrode sheets 10 and 20 is used. The electrode layer synchronization signal sensed by the electrode layer synchronization sensing units 210a and 210b is transmitted to the electrode sheet deviation control unit 220 .

전극시트 편차 제어부(220)는 수신된 전극층 동기신호로부터 전극층(12,22)이 동기되어 이송되는지 여부를 판단하여, 도 7에 도시되는 바와 같이 동기 되지 않고 전극층(12,22)이 어긋나면 이송되는 각종 시트(10,20,30,70) 이송을 정지시킨 후, 전극층 동기신호로부터 수평방향으로 어긋난 편차거리(D)를 산출한다. 그리고, 편차거리(D)가 산출되면, 제1 전극시트(10) 또는 제2 전극시트(20) 중 어느 하나를 일 방향으로 상대 이동시켜 편차거리(D)를 상쇄하여 어긋난 전극층(12,22)을 일치시킨다. The electrode sheet deviation control unit 220 determines whether the electrode layers 12 and 22 are synchronously transferred from the received electrode layer synchronization signal, and transfers when the electrode layers 12 and 22 are out of synchronization as shown in FIG. 7 . After stopping the transfer of the various sheets 10, 20, 30, and 70 to be used, a deviation distance D that is shifted in the horizontal direction from the electrode layer synchronization signal is calculated. And, when the deviation distance D is calculated, either the first electrode sheet 10 or the second electrode sheet 20 is relatively moved in one direction to offset the deviation distance D to offset the deviation electrode layers 12 and 22 ) to match.

이와 같은 전극시트 편차 제어부(220)에 의한 제2 전극시트(20)의 상대이동 동작과정이 도 8(a),(b),(c)에 도시되어 있는데, 편차거리(D)가 발생하면 전극시트 편차 제어부(220)는 한 쌍의 열 전사롤러(150a,150b) 구동력을 제어하여 이송되는 시트(10,20,30)를 정지시키고, 도 8(a)와 같이 한 쌍의 열 전사롤러(150a,150b) 사이를 이격시켜 제2 전극시트(20)의 이동 공간을 마련한다. The relative movement operation of the second electrode sheet 20 by the electrode sheet deviation control unit 220 is shown in FIGS. 8(a), (b), and (c), when the deviation distance D occurs The electrode sheet deviation control unit 220 controls the driving force of the pair of thermal transfer rollers 150a and 150b to stop the transferred sheets 10, 20, and 30, and as shown in FIG. 8(a), a pair of thermal transfer rollers (150a, 150b) spaced apart to provide a space for movement of the second electrode sheet (20).

그런 다음, 전극시트 편차 제어부(220)는 도 8(b)와 같이 하부 열 전사롤러(201b)에 인접하게 구비된 편차조정 피동롤러(240)를 하부 열 전사롤러(210b)에 인접하게 이동시킨 후, 하부 열 전사롤러(201b)를 편차거리(D)가 상쇄되도록 계산된 속도와 방향으로 구동시키면, 이에 의해 피동되는 편차조정 피동롤러(240) 사이에서 제2 전극시트(20)가 제1 전극시트(10)에 대하여 상대 이동되어 어긋난 전극층(12,22)이 일치된다. Then, the electrode sheet deviation control unit 220 moves the deviation adjustment driven roller 240 provided adjacent to the lower thermal transfer roller 201b adjacent to the lower thermal transfer roller 210b as shown in FIG. 8(b). Then, when the lower thermal transfer roller 201b is driven at the calculated speed and direction so that the deviation distance D is offset, the second electrode sheet 20 is moved between the deviation adjustment driven rollers 240 driven by this. The electrode layers 12 and 22 shifted relative to the electrode sheet 10 coincide.

전극층(12,22)이 일치되면, 도 8(c)와 같이 편차조정 피동롤러(240)를 하부 열 전사롤러(201b)와 이격시키는 한편, 하부 열 전사롤러(201b)는 상부 열 전사롤러(150a)에 인접하게 원 위치로 복귀시킨 후 구동시켜, 제1 전극시트(10)와 제2 전극시트(20), 및 전해질 시트(30)를 다시 이송하여 막 전극접합체(70)를 연속적으로 제조한다. When the electrode layers 12 and 22 are matched, the deviation adjustment driven roller 240 is spaced apart from the lower thermal transfer roller 201b as shown in FIG. 8(c), while the lower thermal transfer roller 201b is the upper thermal transfer roller ( After returning to the original position adjacent to 150a) and driving, the first electrode sheet 10, the second electrode sheet 20, and the electrolyte sheet 30 are transferred again to continuously manufacture the membrane electrode assembly 70 do.

또한, 보강시트(70)가 합지되어 완성된 막 전극접합체(70)의 이송경로에 비전센서(230)도 설치되는데, 비전센서(230)는 전해질 막(31)의 양면에 전사된 전극층(12,22)을 촬영하기 위한 카메라로, 촬영된 영상은 전극시트 편차 제어부(220)에 전송된다. 전송된 전극층(12,22) 영상 데이터는 영상처리를 통하여 인식된 전극층(12,22) 사이의 편차거리(D)가 있으면 이를 계산하여, 전술한 바와 같이 편차거리(D)를 상쇄한다. In addition, a vision sensor 230 is also installed in the transport path of the membrane electrode assembly 70 completed by laminating the reinforcement sheet 70 . The vision sensor 230 includes the electrode layers 12 transferred on both sides of the electrolyte membrane 31 . , 22) as a camera for photographing, and the photographed image is transmitted to the electrode sheet deviation control unit 220 . If there is a deviation distance D between the electrode layers 12 and 22 recognized through image processing in the transferred image data of the electrode layers 12 and 22, it is calculated, and the deviation distance D is canceled as described above.

이와 같은 본 발명은 전극층(12,22)이 전해질 막(31)으로 전사되기 이전에 동기가 어긋나는지 여부를 판단함에 따라, 전극층(12,22)의 동기 어긋남으로 인한 전사불량을 사전에 방지할 수 있으며, 또한 어긋난 동기를 즉시 교정하여 일치시킬 수 있어 생산성도 향상되는데, 막 전극접합체(70)가 완성된 후단에서도 전극층(12,22)의 정렬 여부가 다시 측정됨으로써, 보다 완벽하고 정밀한 전극층(12,22)의 정렬 검사가 이루어진다. According to the present invention, as it is determined whether the synchronization is out of sync before the electrode layers 12 and 22 are transferred to the electrolyte membrane 31, transfer failure due to the misalignment of the electrode layers 12 and 22 can be prevented in advance. In addition, productivity is improved because the misaligned synchronization can be immediately corrected and matched. Even after the membrane electrode assembly 70 is completed, the alignment of the electrode layers 12 and 22 is measured again, so that a more complete and precise electrode layer ( 12,22) are checked for alignment.

이하, 본 발명의 다른 실시 예 따른 막 전극접합체 제조방법을 설명한다. Hereinafter, a method for manufacturing a membrane electrode assembly according to another embodiment of the present invention will be described.

도 9는 이의 순서도로, 대응되는 제1,2 전극층(12,22)이 형성된 제1 전극시트(10)와 제2 전극시트(20)를 한 쌍의 열 전사롤러(150a,150b) 사이로 각각 이송한다(S210). 이와 동시에, 제1 전극시트(10)와 제2 전극시트(20) 간에 전해질 막(31)에 지지시트(32)가 합지된 전해질 시트(30)를 한 쌍의 열 전사롤러(150a,150b) 사이로 이송한다(S220). 9 is a flowchart showing the first and second electrode sheets 10 and 20 on which the corresponding first and second electrode layers 12 and 22 are formed, respectively, between a pair of thermal transfer rollers 150a and 150b. Transfer (S210). At the same time, the electrolyte sheet 30 in which the support sheet 32 is laminated to the electrolyte membrane 31 between the first electrode sheet 10 and the second electrode sheet 20 is transferred to a pair of thermal transfer rollers 150a and 150b. It is transferred between (S220).

이때, 이송되는 제1 전극시트(10)와 제2 전극시트(20) 상에 각각 형성된 제1 전극층(12)과 제2 전극층(22)의 동기가 일치하는지 판단한다(S230). 만일 전극층(12,22)의 동기가 일치하지 않으면, 이송되는 각종 시트(10,20,30,70) 이송을 정지시키고, 한 쌍의 열 전사롤러(150a,150b) 사이를 이격시켜 제2 전극시트(20)의 이동 공간을 마련한다(S240). 그리고, 전극층(12,22)이 어긋난 편차거리(D)를 산출한 다음(S250), 하부 편차조정 롤러(240)를 하부 열 전사롤러(210b)에 근접하게 이동시킨다(S260). At this time, it is determined whether the synchronization of the first electrode layer 12 and the second electrode layer 22 respectively formed on the transferred first electrode sheet 10 and the second electrode sheet 20 is identical ( S230 ). If the synchronization of the electrode layers 12 and 22 does not match, the transfer of various sheets 10, 20, 30, 70 to be transferred is stopped, and the second electrode is spaced apart between the pair of thermal transfer rollers 150a and 150b. A space for moving the seat 20 is provided (S240). Then, after calculating the deviation distance D at which the electrode layers 12 and 22 are shifted (S250), the lower deviation adjusting roller 240 is moved closer to the lower thermal transfer roller 210b (S260).

다음으로, 편차거리(D)가 상쇄되도록 편차조정 피동롤러(240)에 근접한 하부 열 전사롤러(201b)를 소정의 속도와 방향으로 구동하여, 편차조절 피동롤러(240) 사이로 제2 전극시트(20)를 제1 전극시트(10)에 대하여 상대 이동시켜 어긋난 전극층(12,22)을 일치시킨다(S270). Next, the lower thermal transfer roller 201b close to the deviation adjustment driven roller 240 is driven at a predetermined speed and direction so that the deviation distance D is canceled, and the second electrode sheet ( 20) is moved relative to the first electrode sheet 10 to match the displaced electrode layers 12 and 22 (S270).

전극층(12,22)의 동기가 일치되면, 편차조정 피동롤러(240)를 하부 열 전사롤러(201b)와 이격시키고, 하부 열 전사롤러(201b)는 상부 열 전사롤러(150a)에 인접하게 원 위치로 복귀시킨 후, 구동하여 제1 전극시트(10)와 제2 전극시트(20), 및 전해질 시트(30)를 다시 이송하여 막 전극접합체(70)를 연속적으로 제조한다(S280). When the synchronization of the electrode layers 12 and 22 is matched, the deviation adjustment driven roller 240 is spaced apart from the lower thermal transfer roller 201b, and the lower thermal transfer roller 201b is adjacent to the upper thermal transfer roller 150a. After returning to the position, the first electrode sheet 10, the second electrode sheet 20, and the electrolyte sheet 30 are transferred again by driving to continuously manufacture the membrane electrode assembly 70 (S280).

또한, 이와 같이 전극층(12,22)의 동기가 교정되어 이송되는 막 전극접합체(70)의 양면에 제1 전극층(12)과 제2 전극층(22)을 촬영하여 획득한 영상으로부터 동기가 일치되는지를 다시 판단한다(S290). 동기가 일치하면 제조된 막 전극접합체(70)를 계속적으로 이송하고(S300), 만일 동기가 일치하지 않으면 전술한 S240 단계로 복귀하여 다시 전극층(12,22)의 동기를 일치시킨 후 이송한다.In addition, in this way, the synchronization of the electrode layers 12 and 22 is corrected and the synchronization is matched from the images obtained by photographing the first electrode layer 12 and the second electrode layer 22 on both sides of the transferred membrane electrode assembly 70 . is determined again (S290). If the synchronization coincides, the manufactured membrane electrode assembly 70 is continuously transferred (S300). If the synchronization does not match, the process returns to the above-described step S240, and the synchronization of the electrode layers 12 and 22 is matched again and then transferred.

이와 같이 본 발명은 막 전극접합체(70)의 이송경로 상에 복수로 전극층(12,22)의 동기일치 여부를 감지함에 따라 생산되는 막 전극접합체(70)의 불량을 방지할 수 있어 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. As described above, the present invention can prevent defects in the membrane electrode assembly 70 produced by detecting whether a plurality of electrode layers 12 and 22 are synchronized on the transport path of the membrane electrode assembly 70, thereby preventing product reliability. can improve

본 발명에 따르면, 롤투롤 공정을 이용하여 연료전지용 막 전극조립체를 연속적으로 생산할 수 있어 생산성이 향상될 뿐만 아니라, 전해질 막 표면에 설계된 패턴대로 정확한 위치에 전극층을 전사시킬 수 있어 전극층의 전사 위치 불량으로 인한 제품 결함을 방지할 수 있다. According to the present invention, it is possible to continuously produce a membrane electrode assembly for a fuel cell using a roll-to-roll process, thereby improving productivity, and transferring the electrode layer to the correct position according to the pattern designed on the surface of the electrolyte membrane, resulting in poor transfer position of the electrode layer product defects can be prevented.

이상 설명한 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형 예 또는 수정 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.The present invention described above is not limited to the described embodiments, and it is apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, it should be said that such variations or modifications fall within the scope of the claims of the present invention.

10 : 제1 전극시트 11 : 제1 보호시트
12 : 제1 전극층 20 : 제2 전극시트
21 : 제2 보호시트 22 : 제2 전극층
30 : 전해질 시트 31 : 전해질 막
32 : 지지시트 40 : 전해질 막 합지시트
50 : 전극층 전사시트 60 : 전극층 전사 박리시트
70 : 보강시트
100, 200 : 막 전극접합체 제조장치 110 : 제1 전극시트 공급롤러
111 : 제1 전극시트 풀림롤러 112 : 제1 안내롤러
120 : 제2 전극시트 공급롤러 121 : 제1 전극시트 풀림롤러
122 : 제2 안내롤러 130 : 전해질 시트 공급롤러
131 : 전해질 시트 풀림롤러 132 : 전해질 시트 안내롤러
140 : 전해질 막 합지롤러 141 : 지지시트 안내롤러
142 : 지지시트 권취롤러 150a : 상부 열 전사롤러
150b : 하부 열 전사롤러 160 : 보호시트 권취롤러
170 : 보강시트 합지롤러 171 : 보강시트 공급롤러
172 : 보강시트 안내롤러 180 : 전극접합체 권취롤러
230 : 비전센서 240 : 편차조정 피동롤러10: first electrode sheet 11: first protective sheet
12: first electrode layer 20: second electrode sheet
21: second protective sheet 22: second electrode layer
30: electrolyte sheet 31: electrolyte membrane
32: support sheet 40: electrolyte membrane laminated sheet
50: electrode layer transfer sheet 60: electrode layer transfer release sheet
70: reinforcement sheet
100, 200: membrane electrode assembly manufacturing apparatus 110: first electrode sheet supply roller
111: first electrode sheet unwinding roller 112: first guide roller
120: second electrode sheet supply roller 121: first electrode sheet unwinding roller
122: second guide roller 130: electrolyte sheet supply roller
131: electrolyte sheet unwinding roller 132: electrolyte sheet guide roller
140: electrolyte membrane laminating roller 141: support sheet guide roller
142: support sheet winding roller 150a: upper thermal transfer roller
150b: lower heat transfer roller 160: protective sheet winding roller
170: reinforcing sheet laminating roller 171: reinforcing sheet supply roller
172: reinforcing sheet guide roller 180: electrode assembly winding roller
230: vision sensor 240: deviation adjustment driven roller

Claims (19)

연료전지용 막 전극접합체를 제조하는 장치에 있어서,
제1 보호시트에 제1 전극층이 형성된 제1 전극시트를 일 방향으로 이송하는 제1 전극시트 공급롤러;
제2 보호시트에 제2 전극층이 형성된 제2 전극시트를 일 방향으로 이송하는 제2 전극시트 공급롤러;
전해질 막에 지지시트가 합지된 전해질 시트를 상기 제1 전극시트와 제2 전극시트 사이로 이송하는 전해질 시트 공급롤러;
이송되는 상기 제1 전극시트와 제2 전극시트를 상기 전해질 막의 양면에 열 가압하여 상기 제1 전극층과 제2 전극층을 각각 전사하는 한 쌍으로 된 상부 열 전사롤러와 하부 열 전사롤러; 및
상기 전해질 시트의 이송경로에 구비되어, 상기 상부 열 전사롤러의 일측에 위치되어 상기 전해질 시트로부터 지지시트를 박리함과 동시에, 상기 전해질 막을 상기 상부 열 전사롤러를 따라 이송되는 상기 제1 전극시트와 합지하여 보강하는 전해질 막 합지롤러;를 포함하며,
상기 제1 전극시트 공급롤러는 상기 상부 열 전사롤러의 상부에 위치되어 상기 상부 열 전사롤러에 제1 전극시트를 공급하고,
상기 제2 전극시트 공급롤러는 상기 하부 열 전사롤러의 하부에 위치되어 상기 하부 열 전사롤러에 제2 전극시트를 공급하며,
상기 전해질 막에 상기 제1 전극층 및 상기 제2전극층이 전사되면 상기 제1 보호시트 및 상기 제2 보호시트를 각각 권취하여 박리시키는 보호시트 권취롤러;를 더 포함하며,
상기 상부 열 전사롤러의 타측에 형성되어, 상기 제2 보호시트가 박리된 제2 전극층의 표면에 상기 전해질 막의 형태를 안정적으로 유지시키기 위한 보강시트를 합지시키는 보강시트 합지롤러;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막 전극접합체 제조장치.An apparatus for manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell, comprising:
a first electrode sheet supply roller for transferring the first electrode sheet in which the first electrode layer is formed on the first protective sheet in one direction;
a second electrode sheet supply roller for transferring a second electrode sheet having a second electrode layer formed on the second protective sheet in one direction;
an electrolyte sheet supply roller for transferring the electrolyte sheet in which the support sheet is laminated to the electrolyte membrane between the first electrode sheet and the second electrode sheet;
a pair of upper heat transfer rollers and lower heat transfer rollers for transferring the first electrode layer and the second electrode layer respectively by thermally pressing the transferred first electrode sheet and the second electrode sheet on both sides of the electrolyte membrane; and
The first electrode sheet provided in the transport path of the electrolyte sheet, located on one side of the upper thermal transfer roller, and at the same time peeling the support sheet from the electrolyte sheet, and transporting the electrolyte membrane along the upper thermal transfer roller; Including; electrolyte membrane laminating roller to reinforce by laminating;
The first electrode sheet supply roller is positioned above the upper thermal transfer roller to supply the first electrode sheet to the upper thermal transfer roller,
The second electrode sheet supply roller is positioned under the lower thermal transfer roller to supply the second electrode sheet to the lower thermal transfer roller,
A protective sheet winding roller for respectively winding and peeling the first protective sheet and the second protective sheet when the first electrode layer and the second electrode layer are transferred to the electrolyte membrane; further comprising,
A reinforcing sheet laminating roller formed on the other side of the upper thermal transfer roller for laminating a reinforcing sheet for stably maintaining the shape of the electrolyte membrane on the surface of the second electrode layer from which the second protective sheet is peeled; Membrane electrode assembly manufacturing apparatus for fuel cell, characterized in that. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 전해질 막 합지롤러는,
상기 상부 열 전사롤러에 인접하여 구동되는 피동롤러인 것을 특징으로 하는 연료전지용 막 전극접합체 제조장치.According to claim 1,
The electrolyte membrane laminating roller,
An apparatus for manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell, characterized in that it is a driven roller driven adjacent to the upper thermal transfer roller. 삭제delete 연료전지용 막 전극접합체를 제조하는 방법에 있어서,
제1 보호시트에 제1 전극층이 형성된 제1 전극시트와, 제2 보호시트에 제2 전극층이 형성된 제2 전극시트를 한 쌍으로 된 상부 열 전사롤러와 하부 열 전사롤러 사이로 각각 이송하는 단계;
상기 제1 전극시트와 상기 제2 전극시트 사이에 전해질 막과 지지시트가 합지된 전해질 시트를 한 쌍으로 된 상부 열 전사롤러와 하부 열 전사롤러 사이로 이송하는 단계;
이송되는 상기 전해질 시트로부터 상기 지지시트를 박리하고, 남겨진 상기 전해질 막의 일면에 상기 제1 전극시트를 합지하여 전해질 막 합지층을 형성하는 단계; 및,
상기 전해질 막의 타면에 상기 제2 전극시트를 상기 열 전사롤러로 열 가압하여 상기 전해질 막의 양면에 제1 전극층과 제2 전극층을 전사하는 단계;를 포함하며,
상기 제1 전극시트와 상기 제2 전극시트를 이송하는 단계는,
상기 상부 열 전사롤러의 상부에 위치된 제1 전극시트 공급롤러를 이용하여 상기 상부 열 전사롤러에 상기 제1 전극시트를 공급하고,
상기 하부 열 전사롤러의 하부에 위치된 제2 전극시트 공급롤러를 이용하여 상기 하부 열 전사롤러에 상기 제2 전극시트를 공급하며,
상기 상부 열 전사롤러의 일측에 위치된 전해질 막 합지롤러를 이용하여 상기 전해질 시트로부터 상기 지지시트를 박리함과 동시에, 상기 전해질 막을 상기 상부 열 전사롤러를 따라 이송되는 상기 제1 전극시트와 합지하여 보강하고,
상기 전해질 막의 양면에 제1 전극층과 제2 전극층을 전사하는 단계 이후에,
상기 제1보호시트와 상기 제2보호시트는 보호시트 권취롤러에 의해 각각 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층으로부터 박리되며,
상기 상부 열 전사롤러의 타측에 형성된 보강시트 합지롤러를 통해, 상기 제2보호시트가 박리된 제2 전극층의 표면에 상기 전해질 막의 형태를 안정적으로 유지시키기 위한 보강시트를 합지시키는 보강시트 합지단계;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막 전극접합체 제조방법.In the method for manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell,
transferring the first electrode sheet in which the first electrode layer is formed on the first protective sheet and the second electrode sheet in which the second electrode layer is formed in the second protective sheet between the pair of upper and lower thermal transfer rollers, respectively;
transferring an electrolyte sheet in which an electrolyte membrane and a support sheet are laminated between the first electrode sheet and the second electrode sheet between a pair of upper thermal transfer rollers and a lower thermal transfer roller;
peeling the support sheet from the transferred electrolyte sheet, and laminating the first electrode sheet on one surface of the remaining electrolyte membrane to form an electrolyte membrane laminated layer; and,
and transferring the first electrode layer and the second electrode layer to both surfaces of the electrolyte membrane by thermally pressing the second electrode sheet on the other side of the electrolyte membrane with the thermal transfer roller.
The step of transferring the first electrode sheet and the second electrode sheet,
supplying the first electrode sheet to the upper thermal transfer roller using a first electrode sheet supply roller located on the upper thermal transfer roller,
supplying the second electrode sheet to the lower thermal transfer roller using a second electrode sheet supply roller located under the lower thermal transfer roller;
The support sheet is peeled from the electrolyte sheet using an electrolyte membrane laminating roller located on one side of the upper thermal transfer roller, and at the same time, the electrolyte film is laminated with the first electrode sheet transferred along the upper thermal transfer roller reinforce,
After transferring the first electrode layer and the second electrode layer to both sides of the electrolyte membrane,
The first protective sheet and the second protective sheet are peeled off from the first electrode layer and the second electrode layer by a protective sheet winding roller, respectively,
Reinforcing sheet laminating step of laminating a reinforcing sheet for stably maintaining the shape of the electrolyte membrane on the surface of the second electrode layer from which the second protective sheet is peeled through the reinforcing sheet laminating roller formed on the other side of the upper thermal transfer roller; A method for manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell, characterized in that it further comprises. 삭제delete 삭제delete 연료전지용 막 전극접합체를 제조하는 장치에 있어서,
제1 보호시트에 제1 전극층이 형성된 제1 전극시트를 일 방향으로 이송하는 제1 전극시트 공급롤러;
제2 보호시트에 제2 전극층이 형성된 제2 전극시트를 일 방향으로 이송하는 제2 전극시트 공급롤러;
전해질 막에 지지시트가 합지된 전해질 시트를 상기 제1 전극시트와 제2 전극시트 사이로 이송하는 전해질 시트 공급롤러;
이송되는 상기 제1 전극시트와 제2 전극시트를 상기 전해질 막의 양면에 열 가압하여 상기 제1 전극층과 제2 전극층을 각각 전사하는 한 쌍으로 된 상부 열 전사롤러와 하부 열 전사롤러;
상기 상부 열 전사롤러 및 하부 열 전사롤러로 향하는 제1 전극시트와 제2 전극시트의 이송경로 상에 구비되어, 상기 제1 전극층과 제2 전극층이 서로 동기되어 이송되는지를 감지하는 전극층 동기감지부; 및
상기 전극층 동기감지부로부터 수신한 전극층 동기신호에 따라 이송되는 상기 제1 전극시트 또는 제2 전극시트를 상대 이동시키는 전극시트 편차 제어부;를 포함하며,
상기 전해질 시트의 이송경로에 구비되어, 상기 상부 열 전사롤러의 일측에 위치되어 상기 전해질 시트로부터 상기 지지시트를 박리함과 동시에, 상기 전해질 막을 상기 상부 열 전사롤러를 따라 이송되는 상기 제1 전극시트와 합지하여 보강하는 전해질 막 합지롤러;를 포함하며,
상기 제1 전극시트 공급롤러는 상기 상부 열 전사롤러의 상부에 위치되어 상기 상부 열 전사롤러에 제1 전극시트를 공급하고,
상기 제2 전극시트 공급롤러는 상기 하부 열 전사롤러의 하부에 위치되어 상기 하부 열 전사롤러에 제2 전극시트를 공급하며,
상기 전해질 막에 상기 제1 전극층 및 상기 제2전극층이 전사되면 상기 제1 보호시트 및 상기 제2 보호시트를 각각 권취하여 박리시키는 보호시트 권취롤러;를 더 포함하며,
상기 상부 열 전사롤러의 타측에 형성되어, 상기 제2 보호시트가 박리된 제2 전극층의 표면에 상기 전해질 막의 형태를 안정적으로 유지시키기 위한 보강시트를 합지시키는 보강시트 합지롤러;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막 전극접합체 제조장치.An apparatus for manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell, comprising:
a first electrode sheet supply roller for transferring the first electrode sheet in which the first electrode layer is formed on the first protective sheet in one direction;
a second electrode sheet supply roller for transferring a second electrode sheet having a second electrode layer formed on the second protective sheet in one direction;
an electrolyte sheet supply roller for transferring the electrolyte sheet in which the support sheet is laminated to the electrolyte membrane between the first electrode sheet and the second electrode sheet;
a pair of upper heat transfer rollers and lower heat transfer rollers for transferring the first electrode layer and the second electrode layer respectively by thermally pressing the transferred first electrode sheet and the second electrode sheet on both sides of the electrolyte membrane;
An electrode layer synchronization sensing unit provided on a transport path of the first electrode sheet and the second electrode sheet directed to the upper thermal transfer roller and the lower thermal transfer roller to detect whether the first electrode layer and the second electrode layer are transferred in synchronization with each other ; and
and an electrode sheet deviation control unit for relatively moving the first electrode sheet or the second electrode sheet transferred according to the electrode layer synchronization signal received from the electrode layer synchronization detection unit;
The first electrode sheet provided in the transport path of the electrolyte sheet, positioned on one side of the upper thermal transfer roller to peel the support sheet from the electrolyte sheet, and at the same time transporting the electrolyte membrane along the upper thermal transfer roller and an electrolyte membrane laminating roller for reinforcing by laminating with;
The first electrode sheet supply roller is positioned above the upper thermal transfer roller to supply the first electrode sheet to the upper thermal transfer roller,
The second electrode sheet supply roller is positioned under the lower thermal transfer roller to supply the second electrode sheet to the lower thermal transfer roller,
A protective sheet winding roller for respectively winding and peeling the first protective sheet and the second protective sheet when the first electrode layer and the second electrode layer are transferred to the electrolyte membrane; further comprising,
A reinforcing sheet laminating roller formed on the other side of the upper thermal transfer roller for laminating a reinforcing sheet for stably maintaining the shape of the electrolyte membrane on the surface of the second electrode layer from which the second protective sheet is peeled; Membrane electrode assembly manufacturing apparatus for fuel cell, characterized in that. 제8항에 있어서,
상기 전극층 동기감지부는,
상기 상부 열 전사롤러 및 상기 하부 열 전사롤러로부터 동일한 거리에 이격되게 설치되는 한 쌍의 센서인 것을 특징으로 하는 연료전지용 막 전극접합체 제조장치.9. The method of claim 8,
The electrode layer synchronization sensing unit,
An apparatus for manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell, characterized in that it is a pair of sensors spaced apart from the upper heat transfer roller and the lower heat transfer roller at the same distance. 제9항에 있어서,
상기 전극층 동기감지부는,
이송되는 상기 제1 전극시트 및 제2 전극시트와 접촉되지 않는 광전센서 또는 초음파 센서인 것을 특징으로 하는 연료전지용 막 전극접합체 제조장치.10. The method of claim 9,
The electrode layer synchronization sensing unit,
An apparatus for manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell, characterized in that it is a photoelectric sensor or an ultrasonic sensor that does not come into contact with the first electrode sheet and the second electrode sheet being transferred. 제8항에 있어서,
상기 제1 전극시트와 제2 전극시트가 합지된 막 전극접합체의 이송경로에 구비되어, 상기 막 전극접합체의 양면에 전사된 제1 전극층과 제2 전극층의 동기가 일치하는지 동기영상을 촬영하는 비전센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막 전극접합체 제조장치.9. The method of claim 8,
The first electrode sheet and the second electrode sheet are provided in the transport path of the laminated membrane electrode assembly, and the first electrode layer and the second electrode layer transferred to both sides of the membrane electrode assembly are synchronized to see whether the synchronization image is taken. A membrane electrode assembly manufacturing apparatus for a fuel cell, characterized in that it further comprises a sensor. 제11항에 있어서,
상기 전극시트 편차 제어부는,
상기 비전센서로부터 수신된 동기영상에 따라 전극층의 이송되는 상기 제1 전극시트 또는 제2 전극시트를 상대 이동시키는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막 전극접합체 제조장치.12. The method of claim 11,
The electrode sheet deviation control unit,
An apparatus for manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell, characterized in that relative movement of the first electrode sheet or the second electrode sheet transferred to the electrode layer according to the synchronization image received from the vision sensor. 제9항 또는 제11항에 있어서,
상기 전극시트 편차 제어부는,
상기 전극층 동기신호 또는 동기영상이 제1 전극층과 제2 전극층이 동기되지 않은 신호이면, 제1 전극층과 제2 전극층 간의 편차거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막 전극접합체 제조장치.12. The method of claim 9 or 11,
The electrode sheet deviation control unit,
If the electrode layer synchronization signal or the synchronization image is a signal that the first electrode layer and the second electrode layer are not synchronized, the fuel cell membrane electrode assembly manufacturing apparatus, characterized in that for calculating the deviation distance between the first electrode layer and the second electrode layer. 제13항에 있어서,
상기 편차거리 만큼 제1 전극시트 또는 제2 전극시트를 상대 이동시키도록 상기 전극시트 편차 제어부에 의해 제어되며, 상기 상부 열 전사롤러 또는 상기 하부 열 전사롤러에 인접하여 구동되는 편차조절 피동롤러를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막 전극접합체 제조장치.14. The method of claim 13,
A deviation control driven roller controlled by the electrode sheet deviation control unit to relatively move the first electrode sheet or the second electrode sheet by the deviation distance, and driven adjacent to the upper thermal transfer roller or the lower thermal transfer roller Membrane electrode assembly manufacturing apparatus for a fuel cell, characterized in that it is provided. 제14항에 있어서,
상기 편차조절 피동롤러는 상기 상부 열 전사롤러 또는 상기 하부 열 전사롤러에 인접 또는 이격되도록 상기 전극시트 편차 제어부에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막 전극접합체 제조장치.15. The method of claim 14,
The deviation control driven roller is an apparatus for manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell, characterized in that controlled by the electrode sheet deviation control unit so as to be adjacent to or spaced apart from the upper thermal transfer roller or the lower thermal transfer roller. 연료전지용 막 전극접합체를 제조하는 방법에 있어서,
제1 보호시트에 제1 전극층이 형성된 제1 전극시트와, 제2 보호시트에 제2 전극층이 형성된 제2 전극시트를 한 쌍으로 된 상부 열 전사롤러와 하부 열 전사롤러 사이로 각각 이송하는 단계;
상기 제1 전극시트와 상기 제2 전극시트 사이에 전해질 막과 지지시트가 합지된 전해질 시트를 한 쌍으로 된 상부 열 전사롤러와 하부 열 전사롤러 사이로 이송하는 단계;
이송되는 상기 전해질 시트로부터 상기 지지시트를 박리하고, 남겨진 상기 전해질 막의 일면에 상기 제1 전극시트를 합지하여 전해질 막 합지층을 형성하는 단계;
상기 전해질 막의 양면에 상기 제1 전극시트와 제2 전극시트를 상기 상부 열 전사롤러와 상기 하부 열 전사롤러로 가압하여 제1 전극층과 제2 전극층을 전사하는 단계;를 구비하되,
상기 상부 열 전사롤러와 상기 하부 열 전사롤러로 이송되는 상기 제1 전극층과 제2 전극층을 각각 감지하여 동기가 일치하는지 판단하고, 상기 동기가 일치하지 않으면 상기 제1 전극시트와 제2 전극시트를 상대 이동시켜 동기를 일치시킨 후 이송하며,
상기 제1 전극시트와 상기 제2 전극시트를 이송하는 단계는,
상기 상부 열 전사롤러의 상부에 위치된 제1 전극시트 공급롤러를 이용하여 상기 상부 열 전사롤러에 상기 제1 전극시트를 공급하고,
상기 하부 열 전사롤러의 하부에 위치된 제2 전극시트 공급롤러를 이용하여 상기 하부 열 전사롤러에 상기 제2 전극시트를 공급하며,
상기 상부 열 전사롤러의 일측에 위치된 전해질 막 합지롤러를 이용하여 상기 전해질 시트로부터 지지시트를 박리함과 동시에, 상기 전해질 막을 상기 상부 열 전사롤러를 따라 이송되는 상기 제1 전극시트와 합지하여 보강하고,
상기 전해질 막의 양면에 제1 전극층과 제2 전극층을 전사하는 단계 이후에,
상기 제1보호시트와 상기 제2보호시트는 보호시트 권취롤러에 의해 각각 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층으로부터 박리되며,
상기 상부 열 전사롤러의 타측에 형성된 보강시트 합지롤러를 통해, 상기 제2보호시트가 박리된 제2 전극층의 표면에 상기 전해질 막의 형태를 안정적으로 유지시키기 위한 보강시트를 합지시키는 보강시트 합지단계;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막 전극접합체 제조방법.In the method for manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell,
transferring the first electrode sheet in which the first electrode layer is formed on the first protective sheet and the second electrode sheet in which the second electrode layer is formed in the second protective sheet between the pair of upper and lower thermal transfer rollers, respectively;
transferring an electrolyte sheet in which an electrolyte membrane and a support sheet are laminated between the first electrode sheet and the second electrode sheet between a pair of upper thermal transfer rollers and a lower thermal transfer roller;
peeling the support sheet from the transferred electrolyte sheet, and laminating the first electrode sheet on one surface of the remaining electrolyte membrane to form an electrolyte membrane laminated layer;
Transferring the first electrode layer and the second electrode layer by pressing the first electrode sheet and the second electrode sheet on both sides of the electrolyte membrane with the upper thermal transfer roller and the lower thermal transfer roller;
The first electrode layer and the second electrode layer transferred to the upper thermal transfer roller and the lower thermal transfer roller are respectively sensed to determine whether synchronization is identical, and if the synchronization is not identical, the first electrode sheet and the second electrode sheet are separated It is transferred after synchronizing the synchronization by moving the relative.
The step of transferring the first electrode sheet and the second electrode sheet,
supplying the first electrode sheet to the upper thermal transfer roller using a first electrode sheet supply roller located on the upper thermal transfer roller,
supplying the second electrode sheet to the lower thermal transfer roller using a second electrode sheet supply roller located under the lower thermal transfer roller;
The support sheet is peeled from the electrolyte sheet using the electrolyte membrane laminating roller located on one side of the upper thermal transfer roller, and at the same time, the electrolyte film is laminated with the first electrode sheet transferred along the upper thermal transfer roller to reinforce do,
After transferring the first electrode layer and the second electrode layer to both sides of the electrolyte membrane,
The first protective sheet and the second protective sheet are peeled off from the first electrode layer and the second electrode layer by a protective sheet winding roller, respectively,
Reinforcing sheet laminating step of laminating a reinforcing sheet for stably maintaining the shape of the electrolyte membrane on the surface of the second electrode layer from which the second protective sheet is peeled through the reinforcing sheet laminating roller formed on the other side of the upper thermal transfer roller; A method for manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell, characterized in that it further comprises. 제16항에 있어서,
상기 제1 전극시트와 제2 전극시트가 합지된 막 전극접합체의 양면에 전사된 제1 전극층과 제2 전극층의 촬영된 영상으로부터 동기가 일치되는지를 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막 전극접합체 제조방법.17. The method of claim 16,
Membrane electrode assembly for fuel cell, characterized in that it is determined whether synchronization is matched from the photographed images of the first electrode layer and the second electrode layer transferred to both sides of the membrane electrode assembly in which the first electrode sheet and the second electrode sheet are laminated method. 제16항에 있어서,
상기 제1 전극층과 제2 전극층의 동기가 일치하지 않으면, 제1 전극층과 제2 전극층 간의 편차거리를 산출하고, 상기 제1 전극시트 또는 제2 전극시트를 상기 편차거리 만큼 일 방향으로 상대 이동시키는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막 전극접합체 제조방법.17. The method of claim 16,
If the synchronization of the first electrode layer and the second electrode layer is not identical, the deviation distance between the first electrode layer and the second electrode layer is calculated, and the first electrode sheet or the second electrode sheet is relatively moved in one direction by the deviation distance A method for manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell, characterized in that. 제18항에 있어서,
상기 상부 열 전사롤러 또는 상기 하부 열 전사롤러에 인접하게 편차조절 피동롤러를 이동시킨 후, 인접한 상기 열 전사롤러를 구동시켜 상기 편차조절 피동롤러 사이로 상기 제1 전극시트 또는 제2 전극시트를 일 방향으로 상대 이동시키는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막 전극접합체 제조방법.19. The method of claim 18,
After moving the deviation control driven roller adjacent to the upper heat transfer roller or the lower heat transfer roller, drive the adjacent heat transfer roller to move the first electrode sheet or the second electrode sheet between the deviation control driven rollers in one direction A method for manufacturing a membrane electrode assembly for a fuel cell, characterized in that relative movement.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100659133B1 (en) 2006-02-08 2006-12-19 삼성에스디아이 주식회사 A catalyst coated membrane, a fuel cell comprising the catalyst coated membrane, and a method for preparing the catalyst coated membrane
KR20180126670A (en) 2017-05-18 2018-11-28 현대자동차주식회사 Device and method for manufacturing membrane-electrode assembly of fuel cell
KR20200053885A (en) * 2018-11-09 2020-05-19 현대자동차주식회사 Device and method for manufacturing membrane-electrode assembly of fuel cell

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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